Exercise 4
In[80]:=
Clear[r,theta,phi,x,y,z]
In[81]:=
x[r_,t_,p_]:=r Cos[t] Sin[p]
y[r_,t_,p_]:=r Sin[t] Sin[p]
z[r_,t_,p_]:=r Cos[p]
In[82]:=
x[r,theta,phi]
y[r,theta,phi]
z[r,theta,phi]
Out[82]=
r Cos[theta] Sin[phi]
Out[83]=
r Sin[phi] Sin[theta]
Out[84]=
r Cos[phi]
In[85]:=
Clear[a,b,c]
{a,b,c}=Simplify[scalefactors[x,y,z][r,theta,phi]]
Out[85]=
2 2 2
{1, Sqrt[r Sin[phi] ], Sqrt[r ]}
In[86]:=
Clear[u1,u2,u3,u4]
u1[r_,t_,p_]:=r
u2[r_,t_,p_]:=r^2
u3[r_,t_,p_]:=Sin[p]
u4[r_,t_,p_]:=r^2 Sin[t]
In[87]:=
u1[r,theta,phi]
u2[r,theta,phi]
u3[r,theta,phi]
u4[r,theta,phi]
Out[87]=
r
Out[88]=
2 r
Out[89]=
Sin[phi]
Out[90]=
2 r Sin[theta]
In[91]:=
newLaplacian[u1][r,theta,phi]
Out[91]=
2 2 2 2
r Sqrt[r ] Sin[phi] r Sqrt[r Sin[phi] ]
-------------------- + --------------------
2 2 2
Sqrt[r Sin[phi] ] Sqrt[r ]
-------------------------------------------
2 2 2
Sqrt[r ] Sqrt[r Sin[phi] ]
In[92]:=
Simplify[%]
Out[92]=
2 - r
In[93]:=
newLaplacian[u2][r,theta,phi]
Out[93]=
2 2 2 2 2 2
2 r Sqrt[r ] Sin[phi] 2 r Sqrt[r Sin[phi] ]
(----------------------- + ----------------------- +
2 2 2
Sqrt[r Sin[phi] ] Sqrt[r ]
2 2 2
2 Sqrt[r ] Sqrt[r Sin[phi] ]) /
2 2 2
(Sqrt[r ] Sqrt[r Sin[phi] ])
In[94]:=
Simplify[%]
Out[94]=
6
In[95]:=
newLaplacian[u3][r,theta,phi]
Out[95]=
2 2 2 2
r Cos[phi] Sin[phi] Sin[phi] Sqrt[r Sin[phi] ]
--------------------------- - ---------------------------
2 2 2 2
Sqrt[r ] Sqrt[r Sin[phi] ] Sqrt[r ]
---------------------------------------------------------
2 2 2
Sqrt[r ] Sqrt[r Sin[phi] ]
In[96]:=
Simplify[%]
Out[96]=
Cos[2 phi] Csc[phi]
-------------------
2
r
In[97]:=
newLaplacian[u4][r,theta,phi]
Out[97]=
2 2
r Sqrt[r ] Sin[theta]
(-(----------------------) +
2 2
Sqrt[r Sin[phi] ]
2 2 2
2 r Sqrt[r ] Sin[phi] Sin[theta]
---------------------------------- +
2 2
Sqrt[r Sin[phi] ]
2 2 2
2 r Sqrt[r Sin[phi] ] Sin[theta]
---------------------------------- +
2
Sqrt[r ]
2 2 2
2 Sqrt[r ] Sqrt[r Sin[phi] ] Sin[theta]) /
2 2 2
(Sqrt[r ] Sqrt[r Sin[phi] ])
In[98]:=
Simplify[%]
Out[98]=
2
(2 - 3 Cos[2 phi]) Csc[phi] Sin[theta]
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